高中化学苏教版必修第一册专题五1元素周期律 (共43张PPT)

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第一单元　元素周期律和元素周期表
第1课时　元素周期律
课标定位素养阐释
1.能说出元素周期律的内容,知道原子半径、元素化合价、金属性和非金属性的周期性变化规律。通过原子结构的变化规律认识元素性质的变化规律,有助于形成宏观辨识与微观探析学科素养。
2.通过设计实验探究第三周期元素金属性、非金属性的变化规律,培养科学探究与创新意识的学科素养。
3.体会元素周期律在学习元素化合物知识与科学研究中的重要作用。有助于培养科学精神与社会责任的学科素养。
一、原子结构的周期性变化
1.原子序数。
(1)定义:按核电荷数由小到大的顺序给元素编号,这种编号叫作原子序数。
(2)数量关系:原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数。
2.元素原子最外层电子数的变化规律。
结论:随着元素核电荷数的递增,元素原子最外层电子数呈周期性变化。
3.原子半径的周期性变化。
电子层数相同的元素,随着核电荷数的递增,原子半径呈现由大到小的周期性变化。
二、元素周期律
1.元素化合价的周期性变化。
以原子序数为1~18号
的元素为例,探究元素
化合价的变化,如下图
所示:
（1）随着原子序数的递增,元素的化合价呈现周期性变化,即电子层数相同的元素,最高价:+1→+7(H、He、O、F、Ar除外),最低价:-4→-1(H、He、Ne、Ar除外)。
（2）钠、镁、铝的金属性由强到弱的顺序为Na>Mg>Al。
（3）结论:元素金属性越强,单质越易从水或酸中置换出氢。
（4）规律: 当元素原子的核外电子层数相同时,随着核电荷数的递增,原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外),原子失电子能力逐渐减弱,所以金属性逐渐减弱。
分析上表,回答下列问题:
①硅、磷、硫、氯元素的单质与氢气反应的条件逐渐变得容易。
②硅、磷、硫、氯气态氢化物的热稳定性逐渐增强。
③硅、磷、硫、氯元素的非金属性由强到弱的顺序为Cl>S>P>Si。
④结论:元素的金属性越强,单质越易与H2反应形成气态氢化物,气态氢化物越稳定。
⑤规律:当元素原子的核外电子层数相同时,随着核电荷数的递增,原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外),原子得电子能力逐渐增强,所以非金属性逐渐增强。
(3)元素的金属性和非金属性的强弱变化规律。
11~17号元素 最高价氧化物对应的水化物 酸碱性强弱
Na NaOH 强碱
Mg Mg(OH)2 中强碱
Al Al(OH)3 —
Si H4SiO4 弱酸
P H3PO4 中强酸
S H2SO4 强酸
Cl HClO4 酸性更强
①从上表可知,11~17号元素最高价氧化物的水化物的酸碱性强弱的变化规律是:钠、镁、铝的最高价氧化物的水化物的碱性逐渐减弱,硅、磷、硫、氯的最高价氧化物的水化物的酸性逐渐增强;11~17号元素金属性和非金属性的变化规律是:金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。
②根据11~17号元素最高价氧化物的水化物的酸碱性强弱变化规律,预测Al(OH)3可能具有的性质,并通过下列实验验证你的猜想。
3.元素周期律。
(1)定义:元素的性质随着元素核电荷数的递增呈周期性变化的规律。
(2)实质:元素周期律是元素原子核外电子排布随着元素核电荷数的递增发生周期性变化的必然结果。
【自主思考1】 对于电子层数相同的原子,其核电荷数越多,原子半径越小(稀有气体元素除外),对吗
提示:正确。核电荷数越多,原子对核外电子的引力越大,原子半径越小。
【自主思考2】 原子序数为3~9号的元素,随着核电荷数的递增,元素的最高价由+1价递增到+7价,对吗
提示:不正确。氧元素一般不表现正价,氟元素没有正价。
【自主思考3】 随着元素核电荷数的递增,原子的最外层电子排布、原子半径、元素的主要化合价及元素的相对原子质量都呈周期性的变化,对吗
提示:不正确。元素的相对原子质量随元素核电荷数的递增,不呈现周期性的变化。
【自主思考4】 分析1~18号元素的最高化合价与最低化合价的绝对值之差是6、4、2时分别是什么元素。
提示:最高化合价=原子最外层电子数,最高化合价+|最低化合价|=8。最高化合价与最低化合价的绝对值之差是6、4、2时分别对应的元素为Cl、S、N和P。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)随着元素的核电荷数的递增,最外层电子排布均呈现由1个电子递增至8个电子的周期性变化。(　　)
(2)元素的核电荷数越大,原子半径一定越小。(　　)
(3)任何元素均有正价和负价。(　　)
(4)元素的非金属性越强,其氧化物对应的水化物的酸性越强。(　　)
×
×
×
×
2.下列对3~18号元素的说法中不正确的是(　　)。
A.非金属元素呈现的最高化合价不超过该元素的最外层电子数
B.非金属元素呈现的最低化合价,其绝对值等于该元素原子的最外层电子数
C.金属元素在化合物中只显正价
D.同种元素(稀有气体元素除外)的最高价和最低价的绝对值之和为8(O、F除外)
答案:B
解析:对于3~18号元素来说,元素的最低化合价的绝对值等于使原子达到8电子稳定结构所需的电子数。
3.下列对Na、Mg、Al的有关性质的叙述正确的是(　　)。
A.碱性:NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3
B.原子半径:NaC.金属性:NaD.单质的还原性:Al>Mg>Na
答案:A
解析:元素原子的核外电子层数相同时,随着元素原子核电荷数的增大,元素(稀有气体元素除外)最高价氧化物的水化物的碱性减弱:NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3,A正确;元素原子的核外电子层数相同时,随着元素原子核电荷数的增大,元素(稀有气体元素除外)原子半径逐渐减小:Na>Mg>Al,B错误;元素原子的核外电子层数相同时,随着元素原子核电荷数的增大,元素(稀有气体元素除外)的金属性减弱:Na>Mg>Al,C错误;元素原子的核外电子层数相同时,随着元素原子核电荷数的增大,元素(稀有气体元素除外)单质的还原性减弱:Al4.在原子序数为11~17号元素中:
(1)原子半径最小的元素是　　　　(填元素符号)。
(2)元素的最高化合价最高的是　　　　(填元素符号),其相应的氧化物的化学式为　　　　　　　　。
(3)元素的最低化合价最低的是　　　　(填元素符号),其相应氢化物的化学式为　　　　　　　。
答案:(1)Cl　(2)Cl　Cl2O7　(3)Si　SiH4
问题引领
下表为原子序数为3~9号和11~17号元素的原子半径:
3~9号元素 3Li 锂 4Be 铍 5B 硼 6C 碳 7N 氮 8O 氧 9F
氟
原子半径/pm 152 111 88 77 70 66 64
11~17号元素 11Na 钠 12Mg 镁 13Al 铝 14Si 硅 15P 磷 16S 硫 17Cl
氯
原子半径/pm 186 160 143 117 110 104 99
探究任务1 判断微粒半径的大小
1.分析上表数据,总结最外层电子数相同的原子,原子半径的大小与什么因素有关
提示:最外层电子数相同时,电子层数越多,原子半径越大。
2.分析上表数据,判断原子序数越大,原子半径一定越大吗
提示:不一定越大。电子层数相同的原子,原子序数越大,原子半径越小。电子层数不同而最外层电子数相等的原子,原子序数越大,原子半径越大,电子层数不同和最外层电子数也不相同的原子,原子序数越大,原子半径不一定越大。
3.电子层数相同的元素,原子序数越大,其离子半径越小吗
提示:不一定越小。如原子核外电子层数为3的元素的离子半径由大到小的顺序为r(P3-)>r(S2-)>r(Cl-)>r(Na+)> r(Mg2+)>r(Al3+)。
归纳提升
微粒半径大小的比较
原子 半径 (1)电子层数相同时,随原子序数递增,原子半径减小(不包含稀有气体)。
如:r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)
(2)最外层电子数相同时,随电子层数递增,原子半径增大。
如:r(Li)离子 半径 (1)同种元素的离子半径:r(阴离子)>r(原子)>r(阳离子);
r(低价离子)>r(高价离子)。
如:r(Cl-)>r(Cl);r(Na+)r(Fe2+)>r(Fe3+)
(2)电子层结构相同的离子,核电荷数越大,半径越小。
如:r(N3-)>r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)
(3)带相同电荷的离子,电子层数越多,半径越大。
如:r(Li+)(4)带电荷、电子层均不同的离子可选一种离子参照比较。
如:比较r(K+)与r(Mg2+)可选r(Na+)为参照,可知r(K+)>r(Na+)>r(Mg2+)
(1)不能误认为3~9号元素的离子半径逐渐减小,11~17号元素的离子半径逐渐减小。
(2)稀有气体元素原子半径的测定依据与其他元素的不同,不便与其他元素的原子半径作比较。
典型例题
【例题1】 下列各组元素中按微粒半径递增顺序排列的是
(　　)。
A.K　Na　Li B.N　O　F
C.Ca2+　K+　Cl- D.Ba2+　Ca2+　Mg2+
答案:C
解析:最外层电子数相同时,随着核电荷数的增大,原子半径逐渐增大(稀有气体元素除外),则原子半径大小为LiO>F,B错误;离子的电子层结构相同,核电荷数越大,离子半径越小,则离子半径大小为Ca2+Ca2+>Mg2+,D错误。
【变式训练1】 下列各组微粒,按半径由大到小的顺序排列正确的是(　　)。
A.Mg、Ca、K、Al B.S2-、Cl-、K+、Na+
C.Br-、Br、Cl、S D.Na+、Al3+、Cl-、F-
答案:B
解析:K、Ca比Mg、Al多1个电子层,故有r(K)>r(Ca)>r(Mg) >r(Al),A错误;S2-、Cl-、K+的核外电子排布相同,核电荷数越小,离子半径越大,又因为K+比Na+多1个电子层,故有r(S2-) >r(Cl-)>r(K+)>r(Na+),B正确;Br-比Br多1个电子,Br-的半径比Br的大,Br比Cl多1个电子层,故r(Br-)>r(Br)>r(Cl),但r(Cl)r(F-) >r(Na+)>r(Al3+),D错误。
问题引领
1.在化学反应中,金属原子失电子越多,该金属的金属性越强,这句话正确吗 试举例说明。
提示:不正确。金属性强弱的
比较,是比较原子失去电子的
难易,而不是失去电子的多少。
如化学反应中,Na失去最外层一个电子,而Al失去最外层三个电子,但Na的金属性强于Al的。
探究任务2 判断元素金属性、非金属性的强弱
2.最外层电子数少的原子一定比最外层电子数多的原子易失电子吗
提示:不是。原子失电子的能力不只与原子最外层电子数有关,还与电子层数、核电荷数、原子半径有关。
3.能否根据HCl的酸性比H2S的强的事实推断氯的非金属性比硫的强
提示:不能。因为非金属性应根据最高价氧化物的水化物的酸性强弱判断,或者根据氢化物的稳定性判断。
4.元素的金属性、非金属性强弱从根本上取决于其原子核外电子的排布情况,对吗
提示:正确。原子核外电子排布的周期性,决定了元素周期律的其他内容,也体现了结构决定性质。
判断元素非金属性强弱的4个误区:
(1)比较元素金属性、非金属性强弱不能根据最外层电子数的多少或电子层数的多少,而应根据得失电子的难易程度。
(2)不能通过物质的物理性质,如熔沸点、溶解性等方面比较元素金属性或非金属性的强弱。
(3)元素的气态氢化物的热稳定性越强或还原性越弱,则元素的非金属性越强,不能认为氢化物的酸性越强,元素的非金属性越强。
(4)最高价氧化物的水化物酸性越强,元素的非金属性越强,不能认为某元素氧化物的水化物酸性越强,元素的非金属性越强。
典型例题
【例题2】 用“>”或“<”回答下列问题:
(1)酸性:H2SO4　　　　H4SiO4,H4SiO4　　　　H3PO4;
(2)碱性:Ca(OH)2　　　　Mg(OH)2　　　　Al(OH)3;
(3)气态氢化物的热稳定性:H2S　　PH3,H2S　　　　HCl;
(4)还原性:H2O　　　　H2S,H2S　　　　HCl。
从以上答案中可以归纳出:
①元素的非金属性越强,其最高价氧化物的水化物的酸性越　　　　;
②元素的金属性越强,其最高价氧化物的水化物的碱性越　　　　;
③元素的非金属性越强,其对应气态氢化物的热稳定性越　　　　;
④非金属性越强的元素形成的气态氢化物的还原性越　　　　。
答案:(1)>　<　(2)>　>　(3)>　<　(4)<　>　①强　②强　③强　④弱
解析:根据元素周期律判断元素金属性、非金属性的强弱,再由此判断其单质及其化合物的性质。
元素的金属(非金属)性是指元素原子的失(得)电子能力。比较元素金属(非金属)性强弱,其实质是看元素原子失去(得到)电子的难易程度,越容易失去(得到)电子,元素的金属性(非金属性)越强。
【变式训练2】 (双选)11~17号元素中X、Y、Z三种元素,已知其最高价氧化物的水化物的酸性强弱顺序是HXO4>H2YO4>H3ZO4,则下列说法正确的是(　　)。
A.原子半径:XB.非金属性:X>Y>Z
C.气态氢化物的稳定性:X>Z>Y
D.原子序数:X答案:AB
解析:HXO4、H2YO4、H3ZO4中X、Y、Z的化合价分别为+7、+6、+5价,而三种元素又处于11~17号元素中,所以按Z、Y、X从左向右排列,原子半径依次减小,非金属性依次增强,气态氢化物的稳定性依次增强,原子序数依次增大。